Introdução a Ciência dos Materiais Diagrama Ferro-Carbono

Prof. André Carvalho 1

DIAGRAMAS Fe-C e Fe-Fe3C

Existem dois tipos de diagramas Fe-C:

O diagrama Fe-C estável, que mostra o equilíbrio entre o Fe e a grafita;

E o diagrama Fe-Fe3C, metaestável, que apresenta o equilíbrio entre o ferro e a cementita (Fe3C).

Em virtude das velocidades de resfriamento vigentes no processamento dos aços serem elevadas em relação as condições de equilíbrio, o diagrama empregado como ferramenta para o estudo de aços ao carbono e ferros fundidos brancos é o diagrama Fe - Fe3C.

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DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C -TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA

+Fe3C

+l l+Fe3C

+Fe3C

CCC

CFC

CCC

+

+l

As fases , e são soluções sólidas com Carbono intersticial

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FERRO PURO

• FERRO = FERRITA

• FERRO = AUSTENITA

• FERRO = FERRITA

• TF= 1534 C

CARBONO

Nas ligas ferrosas as fases , e FORMAM soluções sólidas com Carbono intersticial

Fases presentes no diagrama Fe – Fe3C

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Ferrita ou ferro α -

Forma estável do ferro puro à temperatura ambiente.

Estrutura CCC.

Apenas pequenas concentrações de carbono são solúveis na ferrita.

(solubilidade máxima: 0,022%p de carbono a 727 0C).

Propriedades:

Dúctil

Magnética abaixo de 768 0C

massa específica 7,88 g/cm3

Fases presentes no diagrama Fe – Fe3C

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Austenita ou fase γ do ferro Não é estável abaixo de 727 0C. Solubilidade máxima de

carbono: 2,14%p a 1147 0C. Não-magnética. Ferrita δ: estável somente a temperaturas

elevadas – sem importância tecnológica

Cementita (Fe3C) Forma-se quando o limite de C

é excedido na ferrita α. Também coexiste com a fase γ

entre 727 0C e 1147 0C. Mecanicamente: dura e frágil

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Sistema Fe-Fe3C • Ferro Puro= até 0,02% de Carbono

• Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono

• Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono

• Fe3C (CEMENTITA)=

Forma-se quando o limite de

solubilidade do carbono é

ultrapassado (6,7% de C)

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Eutética

Eutetóide

Peritética

PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO) LIGA EUTÉTICA: corresponde à liga de

mais baixo de fusão

Líquido → fase γ(austenita) + cementita

Temperatura= 1148 C

Teor de Carbono= 4,3%

As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são chamadas de ligas hipoeutéticas (comerciais).

As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são chamadas de ligas hipereutéticas.

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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETÓIDE)

• LIGA EUTETÓIDE corresponde à liga de mais baixa temperatura de transformação sólida

Austenita → FASE (FERRITA) + Cementita

• Temperatura= 725 C

• Teor de Carbono= 0,8 %

• Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços hipoeutetóides

• Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços hipereutetóides

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MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

• É similar ao eutético

• Consiste de lamelas alternadas de fase (ferrita) e Fe3C (cementita) chamada de

• Propriedades mecânicas da perlita

• intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita (dura e frágil)

PERLITA

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MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE

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MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE RESFRIADO LENTAMENTE

Somente Perlita

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MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

Baixo Carbono

Baixa Dureza e alta ductilidade;

Bons para trabalhos mecânico e soldagem;

Não são temperáveis;

Utilizados na construção de prédios, pontes, navios, automóveis.

Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica

Entre as suas aplicações típicas estão as chapas automobilística, perfis estruturais e chapas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, pontes

AÇO BAIXO CARBONO < 0,3% C

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MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO TEOR DE CARBONO

Ferríta (pró eutetóide )

AÇO COM ~0,2%C Perlita

As quantidades de ferríta e variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas

Médio Carbono São aços de boa temperabilidade em água Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e dureza São os aços mais comuns, tendo inúmeras aplicações em construção : rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste tenacidade Quando temperados e revenidos atingem boa tenacidade e

resistência. Os tratamentos térmicos são realizados com taxas de resfriamento elevadas e com seções finas. São utilizados em rodas, equipamentos ferroviários, e peças que

necessitam de alta resistência mecânica.

AÇO MÉDIO CARBONO 0,3-0,6% C

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MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE

Ferrita Perlita

AÇO COM ~0,45%C

PROPRIEDADES DOS AÇOS ALTO CARBONO

Apresentam baixa conformabilidade e tenacidade

Apresentam alta dureza e elevada resistência ao desgaste

Quando temperados são frágeis

Apresentam elevada dureza e resistência após a têmpera.

São comumente utilizados em trilhos, engrenagens, componentes sujeitos ao desgaste (martelo).

AÇO ALTO CARBONO > 0,6% C

4)

MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

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Teo

r d

e C

arb

on

o =

0,8

-2,0

6 %

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Aços classificação – ABS (American Bureau of Shipping)

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RULES FOR MATERIALS AND WELDING 2009 PART 2

May 30, 2011 25